该技术利用GPIO输入结构来产生VDD/2电压电平。通过将GPIO连接到从VDD到GND的分压器，GPIO用于在高阻抗输入和推挽输出之间切换，以产生三个电压级别。这种技术使用标准的GPIO来驱动每条COM线。

本应用笔记中的GreenPAK设计基于图5所示的第二种Multiplex Drive技术。

GreenPAK设计

图6显示了GreenPAK的设计，该设计实现了LCD驱动架构以及2V调节器、看门狗计时器、硬件复位和8字节的RAM。2V稳压器适应LCD的1.7V到2.2V的工作电压范围。

COM信号生成

COM信号的产生，如前所述，通过修改GPIO设置和使用外部电阻分压器设置在VDD/2。GPIO控制信号来源于如图6所示的振荡器驱动的DFF链。这些信号决定了GPIO是配置为输入还是输出，以及GPIO是高电平还是低电平。

可以看到，图7所示的COM信号与图5所示的COM信号相匹配。

注:VDD = 2.0V，对于高z模式，外部分频偏置为VDD/2

通道1(黄色)- COM0 (PIN3)
通道2(绿色)- COM1 (PIN5)
通道3(蓝色)- COM2 (PIN7)
Channel 4(品红)- COM3 (PIN10)

段信号生成

ASM配置

在这个设计中，ASM被重新用作一个花式图案发生器来驱动SEG输出。在图6中，Pipe Delay块用于循环各种ASM状态。

GreenPAK ASM由8个状态组成，每个LCD COM线对应两个ASM状态。表1列出了ASM状态及其相关的COM线。

COM信号#	ASM州
COM 0	状态0和状态4
COM 1	状态1和状态5
COM 2	州3和州6
COM 3	州4和州7

每个ASM状态持有一个字节的数据在RAM中输出到连接矩阵。表2提供了如何为每个ASM状态配置二进制数据的模板。假设a位被写到状态0,b位被写到状态1,c位被写到状态2,d位被写到状态3，那么状态4到状态7的位应该分别被反转为!a， !b， !c和!d。例如，打开与COM 0相关联的SEG 0，在状态0/SEG 0位置写一个0，在状态4/SEG 0位置写一个1。这种数据反演的现象与4.1.2中的描述相对应。

国家的名字	连接矩阵输出RAM
	赛格0	赛格1	赛格2	赛格3	赛格4	赛格5	赛格6	赛格7
状态0	一个	一个	一个	一个	一个	一个	一个	一个
状态1	b	b	b	b	b	b	b	b
状态2	c	c	c	c	c	c	c	c
状态3	d	d	d	d	d	d	d	d
状态4	!	!	!	!	!	!	!	!
国家5	b !	b !	b !	b !	b !	b !	b !	b !
国家6	c !	c !	c !	c !	c !	c !	c !	c !
州7	d !	d !	d !	d !	d !	d !	d !	d !

注:VDD = 2.0V，对于高z模式，外部分频偏置为VDD/2

通道1(黄色)- COM0 (PIN3)
通道2(绿色)- COM1 (PIN5)
D0 - seg0 (pin12)
D1 - seg1 (pin13)
D2 - se2 (pin14)
D3 -段3 (pin15)
D4 - seg4 (pin16)
D5 - seg5 (pin17)
D6 - seg6 (pin18)
D7 - se7 (pin19)

图8显示了SEG/COM行为的一个例子。这些波形显示特定的COM/SEG对按照表3启用。要启用这些com - seg对，ASM RAM必须配置为表4中所示的值，其中状态0到3的“0”和状态4到7的“1”表示ON段。通过分析图8，可以通过从COM信号中减去SEG信号来解码LCD段的状态。

	COM0	COM1	COM2	COM3
SEG0	从	从	从	从
SEG1	在	从	从	从
SEG2	从	在	从	从
SEG3	从	从	在	从
SEG4	从	从	从	在
SEG5	从	从	从	从
SEG6	从	在	在	从
SEG7	从	从	从	从

ASM州名	SEG0	SEG1	SEG2	SEG3	SEG4	SEG5	SEG6	SEG7
状态0	1	0	1	1	1	1	1	1
状态1	1	1	0	1	1	1	0	1
状态2	1	1	1	0	1	1	0	1
状态3	1	1	1	1	0	1	1	1
状态4	0	1	0	0	0	0	0	0
国家5	0	0	1	0	0	0	1	0
国家6	0	0	0	1	0	0	1	0
州7	0	0	0	0	1	0	0	0

2 v电压调节器

由于LCD的工作电压范围是1.7V到2.2V，内部的2V调节器限制了GreenPAK的VDD，并决定了COM和SEG信号的逻辑级别。这个狭窄的范围取决于系统中使用的特定LCD。这个电压范围、GreenPAK gpio的驱动强度和外部无源组件的尺寸都影响LCD的对比度。

GreenPAK设计使用ACMP将3.3V电源调节到2.0V，使用带有低侧NMOS开关的电阻分压器。无源元件限制了电流流量，并决定了调节器的瞬态行为。如图6所示的ACMP0将电压调节到2V。请参考图9和图12了解该调节器的系统级实现。

附加功能

为了同步SEG和COM信号，当断言为LOW时，I2C虚拟输入“nRST”将主动重置设计。当释放HIGH时，SEG和COM信号将在时域彼此同步，因为它们都从相同的25kHz振荡器工作。有关用I2C重置ASM的更多信息，请参考[6]。

GreenPAK解决方案还实现了硬件按钮复位、看门狗计时器和RAM存储等系统监控功能。通过GPIO从外部控制按钮复位，同时通过MCU的I2C通信控制看门狗定时器和RAM存储。

修改LCD显示

在LCD上启用和禁用不同的段就像在GreenPAK的ASM中重写RAM寄存器一样简单。为了正确地执行更改，我们推荐以下步骤:

1. 使用I2C虚拟输入断言nRST LOW
2. 将新的RAM内容编程到ASM中
3. 设置nRST HIGH启动LCD驱动信号

按照上述顺序将保证COM和SEG引脚在时域保持同步。表5显示了ASM状态的I2C地址。通过使用I2C重写这些ASM RAM寄存器来修改LCD上的数据。

ASM状态#	I2C地址
状态0	0 xd0
状态1	0 xd1
状态2	0 xd2
状态3	0 xd3
状态4	0 xd4
国家5	0 xd5
国家6	0 xd6
州7	0 xd7

测试

使用Arduino Uno对扭曲向列(TN)反射液晶显示器(鼠标#:696-LCD-S401M16KR)进行了测试。这个液晶显示器是一个4位，7段多路显示。

液晶显示模式

图9显示了用于在多路复用LCD上显示不同图案的测试原理图。I2C线(SCL和SDA)通过R1和R2上拉电阻连接到Arduino的3.3V输出。电阻R3和R4连同电容C2构成2V稳压器，如5.3所述。R5到R12用于产生COM信号的偏置电压。

如前所述，LCD对比度取决于振幅和LCD驱动信号的瞬态行为。R5到R12的尺寸和GreenPAK gpio的驱动强度影响LCD驱动信号的瞬态行为。通过台架迭代试验确定了最佳电阻值。这种外部电阻分压器网络影响了静态电流、PCB空间和系统解决方案的成本。有关电阻选择的更多信息，请参阅[9]和[11]。

按照5.5中描述的步骤在多路LCD上显示不同的图案。液晶显示器的引脚映射和数字和段位置分别显示在表6和图10。通过关联表6和图10,它可以确定销5和销6对应液晶的数字1,销7和8对应数字2,销9和10对应数字3和销11和12对应数字4。表7显示了这种相关性以及相应的ASM输出。

销	1	2	3.	4	5	6	7	8	9	10	11	12
COM0	COM0	--	--	--	1 d	DP1	二维	DP2	3 d	DP3	4 d	上校
COM1	--	COM1	--	--	1 e	1 c	2 e	2摄氏度	3 e	3 c	4 e	4摄氏度
COM2	--	--	COM2	--	1克	1 b	2 g	2 b	3 g	3 b	4 g	4 b
COM3	--	--	--	COM3	1 f	1	2 f	2	3 f	3	4 f	4

SEG 0和SEG 1输出的ASM控制数字1的LCD。类似地，seg2 /3, SEG4/5和SEG6/7分别控制数字2,3和4。表8显示了数字1和ASM输出连接。表1和表8显示，一个人必须写一个“0”到状态0/ SEG0和一个“1”到状态4/SEG0打开段D在数字1。类似地，其他段可以通过写各自的State x/SEG y位置来启用/禁用。

液晶数字#	液晶销#	ASM输出
数字1	Pin 5和Pin 6	SEG 0和SEG 1
数字2	Pin 7和Pin 8	SEG 2和SEG 3
数字3	Pin 9和Pin 10	SEG 4和SEG 5
数字4	Pin 11和Pin 12	SEG 6和SEG 7

液晶数字#	ASM状态#	ASM输出
		赛格0	赛格1
数字1	状态0	D	DP1
	状态1	E	C
	状态2	G	B
	状态3	F	一个
	状态4	D !	DP1 !
	国家5	E !	C !
	国家6	G !	B !
	州7	F !	!

为了在LCD上显示模式，二进制数据首先被转换成十六进制格式，然后写入ASM RAM寄存器。例如，要在LCD上显示“1234”，请遵循5.5中列出的I2C程序。将数据写入ASM RAM寄存器的I2C命令如下:

[Start 0x08 0xF4 0x00 Stop]

[开始0x08 0xD0 0xEB 0x71 0x01 0x97 0x14 0x8E 0xFE 0x68停止]

[开始0x08 0xF4 0x01停止]

这里，0x08是I2C从地址，0xF4是I2C虚拟输入的字地址。在GreenPAK中有各种各样的I2C从地址可用。更多关于I2C通信的信息，请访问[5]。

表9显示了ASM RAM所需的一些示例模式和相应的十六进制字节。

Dialog网站上的应用程序说明的ZIP文件中包含一些使用Arduino Uno控制LCD的示例代码。

液晶显示模式	ASM RAM数据(十六进制)
	状态0	状态1	状态2	状态3	状态4	国家5	国家6	州7
1234	0 xeb	0 x59	0 x01	0 x97	0 x14	0 xa6	以0 xfe	0 x68
95.76	0 xb2	0连接	0 x98	0 x10	0 x4d	0 xea	0 x67	0 xef
跑完	0 x6b	0 x43	0 x53	0 x43	0 x94	0 xbc	0 xac	0 xbc

液晶的可靠性

LCD的可靠性依赖于LCD驱动信号的平均直流偏置电压。直流偏置被测量为COM和SEG信号的幅值随时间的差异。如果平均差在50mV或更大的数量级上，直流偏置将最终损坏LCD。有关可接受的直流偏置规格的更多信息，请参阅[12]。

图11显示了用于测量此解决方案中直流偏置的测试设置。R13, R14和C3创建一个高阻抗测量接口，使用数字万用表监测平均电压。为直流偏置测量选择的电阻大约比设计中用于避免负载电阻分压器网络的电阻大十倍。

在5mV左右测量直流偏置。因为这个偏移量小于50mV的偏移量标准，所以LCD应该不会损坏。

设计注意事项和解决方案

在评估此设计时，应该考虑某些标准。这些标准包括LCD的工作电压范围、GreenPAK gpio的驱动强度、外部组件选择和低功耗优化。

被测LCD的工作电压范围为1.7V到2.2V。当操作超出此范围时，LCD会出现重影。此电压范围将随液晶显示器的类型而变化。

如图8所示，COM信号的三个电压等级是由外部电阻分压器网络产生的。为了获得最佳性能，我们建议使用更小的电阻和更强的GPIO结构来加速瞬态行为。我们的许多GreenPAK gpio可以配置为“2x推挽”，以增加驱动强度。

静态电流消耗和性能之间存在权衡。较小的外部电阻在LCD上提供了更好的对比度，但增加了系统的静态电流。如果当前消耗对给定的应用程序很重要，用户可以将低功耗模式集成到GreenPAK设计中。利用I2C功能，当不需要显示时，可以关闭内部振荡器和ACMP。也可以使用外部开关来为电压调节器供电。当在低功率模式下OFF时，这个开关将保证液晶显示器和电阻分压器网络上没有电压。这些技术将限制通过设备的整体静态电流。

功能扩展

GreenPAK可以用任何能够与I2C命令通信的MCU进行控制。DA14585是一个符合蓝牙5.0 soc的芯片，能够通过I2C与GreenPAK和LCD接口。

图12显示了使用3.0V硬币电池供电的DA14585芯片的测试设置原理图。DA14585的P1_0 (Port 1 - pin0)和P1_1 (Port 1 - pin1)分别为SDA和SCL的I2C引脚。I2C的SDA和SCL线通过上拉电阻R1和R2连接到3.0V轨上。请按照5.5中的描述将数据写入GreenPAK的ASM RAM寄存器和I2C虚拟输入。

当使用DA14585芯片代替Arduino Uno来控制LCD时，可以观察到类似的系统行为。Dialog网站上的应用程序说明的ZIP文件中包含一些使用DA14585控制LCD的示例代码。

结论

通过使用本应用说明中描述的GreenPAK解决方案，系统设计师可以减少MCU引脚数，降低成本，提高系统性能，并提高设计灵活性。此外，电池供电系统可以通过实现低功耗模式来禁用LCD电路，从而减少静态电流消耗。

通常情况下，基于提供给设计人员的gpio数量，mcu的功能受到限制。对于较小的LCD应用程序，将LC雷竞技安卓下载D驱动卸载到GreenPAK可以以较低的成本为GreenPAK IC在MCU上释放大量的GPIO。

类似地，mcu的处理能力也是有限的。许多现代mcu利用基于事件的编程来对特定编程环境中的任务进行优先排序。GreenPAK解决方案允许mcu通过在每个事件发送一些I2C命令来简化它们的软件需求。这允许MCU固件执行其他任务或将MCU置于低功耗设置，直到在系统中触发事件。

使用GreenPAK IC的一个固有好处是在GreenPAK Designer软件中测试和修改设计的简单性。在点击几个按钮，RAM设置内的ASM和振荡器时钟速度可以改变。类似地，看门狗设置和硬件复位定时器可以在IC内配置。